毛竹林節(jié)水灌溉技術(shù)研究

艾文勝，楊 明，孟 勇，賀燦輝，蒲湘云，李美群

(1．湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南長沙 410004; 2．攸縣林業(yè)局，湖南攸縣 412300)

自“九五”以來，我國節(jié)水灌溉發(fā)展迅速，各地不斷總結(jié)出諸多節(jié)水灌溉技術(shù)模式，這些模式在投入運(yùn)行后，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益，促進(jìn)了節(jié)水灌溉的大規(guī)模發(fā)展。節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)通?？蓺w納為工程節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)、生物節(jié)水技術(shù)和水管理節(jié)水技術(shù)等4種類型［1－3］。目前，工程節(jié)水灌溉技術(shù)主要措施有渠道防滲技術(shù)、管道輸水技術(shù)、噴灌和微灌技術(shù)等。噴灌技術(shù)是通過水泵加壓，使灌溉水流經(jīng)管道、噴頭等專用設(shè)備，射到空中并成霧狀的雨滴，像降雨一樣均勻地散落田間或林地，對作物或林木進(jìn)行適時(shí)適量的灌溉。它適用于各種地形和土壤，具有節(jié)水、省力、灌水均勻、保持水土等優(yōu)點(diǎn)［4－6］。采用這種技術(shù)，一般不會產(chǎn)生地面徑流和深層滲漏，地面濕度均勻，可以根據(jù)作物或林木在不同生長時(shí)期的需水狀況適量地供水。

毛竹 (Phyllostachys pubescens)又名楠竹，是我國森林資源的重要組成部分［7］，在我國分布面積最大，用途最廣，經(jīng)濟(jì)效益最佳，生態(tài)適應(yīng)性較強(qiáng)，占全國竹林總面積的60%以上。毛竹是我國最主要的材用竹種，分布自秦嶺、漢水流域至長江流域以南和臺灣省，黃河流域也有多處栽培。其中福建、湖南、浙江、江西為中心分布區(qū)，竹林面積約占全國的50%以上。

毛竹在整個(gè)生長發(fā)育過程中需要各種環(huán)境條件，其中水分對其影響較大。水是竹筍的主要組成部分，含量達(dá)90%左右。同時(shí)水又是其光合作用的必備物質(zhì)。毛竹林生長所需水分主要是靠天然雨水，遇到雨水充足年份，竹林才能正常生長，冬春筍才能盛產(chǎn)。近年來，氣候變化較大，干旱的年景越來越多。干旱使竹林生長受到影響，筍芽不能正常孕育，降低了竹筍產(chǎn)量。為了改善這種狀況，應(yīng)用毛竹林節(jié)水灌溉技術(shù)，調(diào)節(jié)竹林小氣候，確保竹林生長所需的水分，從而有力改善竹林質(zhì)量，提高竹筍數(shù)量和產(chǎn)量。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于湖南益陽桃江縣南部的松木塘鎮(zhèn)桃花江水庫尾，為桃江縣林業(yè)科學(xué)研究所所屬林地。桃江縣為“中國竹子之鄉(xiāng)”，地處湘中偏北，資江中下游，是雪峰山余脈向洞庭湖平原過渡的環(huán)湖丘崗地帶，地處東經(jīng) 110°36'—112°19'，北緯 28°13'—28°41'。桃江縣屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，全年日照1 579.6 h，年平均氣溫16.6℃，一月平均氣溫4.4℃，七月平均氣溫28℃，降水量 1 400～2 000 mm，年降雨日數(shù)平均166 d，無霜期262 d，年平均相對濕度82%。境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，水資源豐富，資江貫穿縣境102 km。試驗(yàn)地成土母質(zhì)為板頁巖，海拔150 m，面積3.33 hm2，經(jīng)營類型為筍材兩用竹林。

2 材料與方法

竹林灌溉一般有自然引水和動力引水兩種模式。本試驗(yàn)采用固定噴灌的形式進(jìn)行。即將桃花江水庫的水抽到蓄水池，再將蓄水池的水加壓通過塑管輸向噴頭將水噴灑到竹林地面上。

本試驗(yàn)修建蓄水池2個(gè)，每個(gè)蓄水池的容積為60 m3。噴灌水帶的直徑為45 mm，金屬噴頭的直徑為25 mm、塑料噴頭的直徑為20 mm。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)置試驗(yàn)地，分3個(gè)小區(qū)［8］。小區(qū)面積為20 m×20 m，分別為噴灌方式1(A1)、噴灌方式2(A2)與對照區(qū) (CK)，每個(gè)方式有3個(gè)重復(fù)。為了盡量避免土壤水分向下滲透對其他小區(qū)產(chǎn)生影響，所有方式都按水平方向排列。噴灌方式1采用噴灌2 d間隔2 d一輪換的方式，噴灌方式2采用噴灌2 d間隔5 d一輪換的方式，對照區(qū)不裝噴灌裝置。噴灌時(shí)間為2009年9月8日至11月30日。選擇上午7∶00—10∶00和傍晚18∶00—20∶00，每667 m2灌溉10 t左右的水量。2009年12月至2010年4月對各個(gè)小區(qū)分別挖取竹筍，并統(tǒng)計(jì)竹筍的數(shù)量和產(chǎn)量。

2.1 水源

因試驗(yàn)地位于桃花江水庫庫尾，抽取桃花江水庫的水用于灌溉。

2.2 塑管

竹林灌溉用水量大，所需的塑料管也較多。塑管代替鋼管有價(jià)格優(yōu)勢，經(jīng)過比較確定選用聚乙烯(PE)管。聚乙烯管不含有毒的氯，具有柔性好、可適應(yīng)復(fù)雜的地形，熱溶性好、便于聯(lián)結(jié)等優(yōu)點(diǎn)。塑管尺寸:進(jìn)水管口徑 3寸 (10 cm)、支管口徑2寸(6.67 cm)、噴頭分管1寸 (3.33 cm)。

2.3 建池和站

選擇山頂修建蓄水池2個(gè)，蓄水池容積60 m3(5 m×4 m×3 m)。并建設(shè)提水泵站1座。

2.4 用電

在試驗(yàn)地內(nèi)架設(shè)低壓 (380/220 V)供電線路(截面35 mm2鋁絞線)0.5 km，架設(shè)水泥電桿 (150×8×B×Y)2根。

2.5 灌水器

經(jīng)過對國內(nèi)市場的調(diào)查，特別是對益陽市噴灌產(chǎn)品的使用比較，選定技術(shù)性能好，價(jià)格低廉的灌水器。常用產(chǎn)品性能及價(jià)格見表1，其中塑制的中型噴頭15元/個(gè)，噴灌水帶0.35元/m，僅為常規(guī)產(chǎn)品的25%。

表1 常用灌水器性能及價(jià)格表Tab.1 The common emilter performance and price list

3 結(jié)果與分析

3.1 噴灌對竹筍數(shù)量的影響

毛竹竹鞭上的部分側(cè)芽在秋季開始萌發(fā)分化為筍芽，筍芽的頂端分生組織細(xì)胞分裂增殖，進(jìn)一步分化形成節(jié)、節(jié)隔、筍籜、側(cè)芽和居間分生組織，并逐漸膨大，芽彎曲向上伸長，形成冬筍和春筍。

根據(jù)不同的噴灌方式和對照數(shù)據(jù)測得竹筍 (冬筍)數(shù)量及產(chǎn)量見表2。

由表2可知，竹筍的數(shù)量為A1＞A2＞CK，土壤濕度提高，竹筍數(shù)量也相應(yīng)提高。不同噴灌方式的方差分析見表3。

由表3可知，不同噴灌方式間竹筍數(shù)量差異極顯著，而區(qū)組間沒有顯著差異。

再對不同噴灌方式進(jìn)行多重比較，結(jié)果見表4。

由表4可知，A1與A2差異不顯著，A1、A2與CK差異極顯著，可見對竹林進(jìn)行噴灌可以促進(jìn)冬筍的萌發(fā)，提高筍芽分化率，使冬筍數(shù)量大幅度增加，還可使鞭筍和來年的春筍的產(chǎn)量有明顯的提高。

表2 竹筍數(shù)量及產(chǎn)量Tab.2 The number and output of bamboo shoots

表3 竹筍數(shù)量及產(chǎn)量的方差分析Tab.3 Variance analysis on nuber and output of bamboo shoots

表4 竹筍產(chǎn)量及數(shù)量的多重比較Tab.4 Multiple comparison of number and output of bamboo shoots

3.2 噴灌對竹筍個(gè)體的影響

竹筍個(gè)體的形態(tài)與土壤水分有著密切關(guān)系，水分充足，竹筍發(fā)育正常，筍體基部飽滿，單個(gè)筍重量大，大筍所占比例高;水分不足時(shí)，竹筍不能正常發(fā)育，筍形彎曲、基部尖瘦，根少或無根，單個(gè)筍重量小，多數(shù)為小筍。在干旱時(shí)期進(jìn)行噴灌，保證了林地的水分供應(yīng)，促進(jìn)了筍芽的分化和膨大，使筍體發(fā)育充分，個(gè)體顯得凈、嫩、白，外觀色澤好，商品價(jià)值高。

由表2可知，各小區(qū)平均單個(gè)竹筍重量為A1＞A2＞CK，土壤濕度對竹筍個(gè)體生長和品質(zhì)的影響非常明顯。

3.3 噴灌對竹筍產(chǎn)量的影響

筍體成分組成中90%左右為水，水在竹筍增產(chǎn)增收中起著重要的作用［9］。土壤水分狀況是制約植物群落結(jié)構(gòu)與功能的最重要因素之一，是毛竹生產(chǎn)力高低的限制因素［10］。毛竹發(fā)筍因降水、竹林生長狀況、土壤和經(jīng)營管理的不同而有差異。在一年之內(nèi)，毛竹有兩個(gè)重要的需水季節(jié)，一個(gè)是秋季的孕筍時(shí)期，另一個(gè)是春季的出筍時(shí)期［11］。在孕筍期間，外界主要限制因子是降水及其分配。此期間氣候干旱、長晴無雨，只有通過對毛竹林進(jìn)行噴灌處理，適當(dāng)提高土壤濕度，使土壤含水量較長時(shí)間穩(wěn)定在竹筍形成所需要的水平上，達(dá)到提高竹筍產(chǎn)量和促進(jìn)毛竹生長的目的。不同的噴灌方式會形成不同的土壤濕度，對竹筍產(chǎn)量將產(chǎn)生不同的影響。

由表2可知，竹筍的產(chǎn)量為A1＞A2＞CK，土壤濕度提高，竹筍產(chǎn)量也相應(yīng)提高。

由表3可知，不同噴灌方式間竹筍產(chǎn)量的差異極顯著，而區(qū)組間沒有顯著差異。

由表4可知，A1與A2差異不顯著，A1、A2與CK差異極顯著，可見噴灌對提高竹筍產(chǎn)量的效果非常明顯。

3.4 成本與效益分析

試驗(yàn)地建設(shè)噴灌設(shè)施共花費(fèi)5萬元 (含用工費(fèi)用)。其中抽水設(shè)備1萬元，蓄水池2萬元 (包括提水泵站)，用電設(shè)備1萬元，噴水設(shè)備1萬元。灌溉面積約40×667 m2，即每667 m2投入1 250元左右。詳見表5。

表5 灌溉 (噴灌)設(shè)施明細(xì)表 (每667 m2)Tab.5 The accommodation schedule of irrigation(667 m2)

試驗(yàn)地2009年春季采筍1.5萬kg(殼筍3.25萬kg)，效益達(dá)6.5萬元。2009年夏秋采用節(jié)水灌溉技術(shù)后，2010年春季采筍4.2萬kg(殼筍9.05萬kg)，效益18.1萬元。2010年的增產(chǎn)幅度是2009年的2.8倍。見表6。

表6 毛竹林節(jié)水灌溉效益比較Tab.6 Benefit comparison of water-saving irrigation of P．pubescens

試驗(yàn)地采用節(jié)水灌溉技術(shù)前單個(gè)竹筍個(gè)體最大5.6 kg、平均1.8 kg，采用節(jié)水灌溉技術(shù)后單個(gè)竹筍個(gè)體最大7.9 kg、平均2.8 kg。竹筍個(gè)體增大明顯，平均達(dá)1.5倍。詳見表7。

表7 毛竹林節(jié)水灌溉出筍情況比較Tab.7 The bamboo shoots growth comparison of watersaving irrigation of P．pubescens

4 結(jié)論與討論

4.1 噴灌系統(tǒng)的選擇

管道式噴灌系統(tǒng)是指以各級管道為主體組成的噴灌系統(tǒng)，按照可移動的程度，可分成全固定式、全移動式和半固定式3種［12］。其中固定式噴灌系統(tǒng)除噴頭外，所有管道都是固定的。其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，運(yùn)行管理方便，運(yùn)行成本低，工程占地少，有利于自動化控制和綜合利用;但設(shè)備利用率低，單位面積投資高。適用于灌水頻繁的蔬菜和經(jīng)濟(jì)作物及地面坡度陡、局部地形復(fù)雜的地區(qū)。而移動式噴灌系統(tǒng)勞動強(qiáng)度大，噴灑質(zhì)量不夠高。半固定式噴灌系統(tǒng)雖然是目前應(yīng)用最為廣泛的一種噴灌系統(tǒng)，但對地形復(fù)雜的地區(qū)不太適用。本試驗(yàn)地具有一定坡度，故選擇固定系統(tǒng)。

4.2 噴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

噴灌技術(shù)具有節(jié)水、保水、節(jié)地、節(jié)電、節(jié)省勞力、適應(yīng)性強(qiáng)和提高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)［13］。噴灌比地面灌水省水30%～50%，對于透水性強(qiáng)、保水能力差的沙質(zhì)土地則節(jié)水效果更為明顯;噴灌的水滴直徑和噴灌強(qiáng)度可根據(jù)土壤質(zhì)地和透水性大小進(jìn)行調(diào)整，不破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、保持土壤的疏松狀態(tài)、不產(chǎn)生土壤沖刷、使水分都滲入土層內(nèi)、避免水土流失;采用噴灌不僅可大大減少土石方工程，而且所占空間較小，提高土地利用率;噴灌的利用提高了灌溉機(jī)械化程度，大大減輕灌水勞動強(qiáng)度，節(jié)省勞動力;噴灌是通過噴灑的方式灌水，不受地形坡度和土壤透水性的限制，在地面灌水方法難于實(shí)現(xiàn)的場合，都可以采用噴灌的方法;噴灌有利于植物的呼吸和光合作用，達(dá)到增產(chǎn)的效果，大田作物可增產(chǎn)20%，經(jīng)濟(jì)作物可增產(chǎn)30%，蔬菜可增產(chǎn)1～2倍，并可同時(shí)改變產(chǎn)品品質(zhì)［14－15］。此外，噴灌系統(tǒng)還可噴灑農(nóng)藥、防霜凍、防暑降溫等。噴灌技術(shù)具有以上如此多的優(yōu)點(diǎn)，如果能成功應(yīng)用在作為湖南優(yōu)勢特色的毛竹林中，將為毛竹林高度集約經(jīng)營開辟新的途徑。

4.3 噴灌技術(shù)在毛竹林中的應(yīng)用

4.3.1 成效明顯 噴灌對毛竹林竹筍的生長具有多方面的影響，對竹筍數(shù)量與產(chǎn)量的影響顯著。竹筍數(shù)量、產(chǎn)量與平均單個(gè)竹筍質(zhì)量等指標(biāo)均表現(xiàn)為A1＞A2＞CK。土壤濕度越大，竹筍的個(gè)體發(fā)育質(zhì)量越好，竹筍的數(shù)量和產(chǎn)量也越高，從而提高竹林效益。

4.3.2 意義重大 毛竹林噴灌技術(shù)改變了傳統(tǒng)竹林經(jīng)營模式，雖然一次性投資大，但在節(jié)水、增產(chǎn)效益等方面顯著，特別是在水資源短缺地區(qū)和年份，對于竹林可持續(xù)發(fā)展以及水資源可持續(xù)利用方面，意義重大。

4.3.3 加大推廣 前期投入大和充足、便利的水源是影響該項(xiàng)技術(shù)推廣的主要原因。采用多種措施降低造價(jià)，積極扶持和引導(dǎo)竹農(nóng)開展水分定量管理，是加快此項(xiàng)技術(shù)推廣、提高水的利用效率、增加林農(nóng)收入的關(guān)鍵。

［1］孫鴻烈.中國資源科學(xué)百科全書［M］.北京:石油大學(xué)出版社，2002.

［2］河北省水利廳.河北省用水定額［S］.石家莊:河北省水利廳，2001.

［3］李耀學(xué).低壓管道節(jié)水灌溉效益分析［J］.吉林水利，1994(12):37－38.

［4］北京市水利水電技術(shù)中心.低壓管道輸水灌溉工程運(yùn)行管理規(guī)程［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［5］SL 182004，渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范［S］.2004．

［6］SL 23621999，噴灌與微灌工程技術(shù)管理規(guī)程［S］.1999．

［7］鄭連生，穆仲義，馬大明.河北省缺水狀況、問題及對策［J］.地理學(xué)與國土研究，2002(1):44－50.

［8］楊金滿.噴灌對毛竹冬筍生長的影響［J］.技術(shù)開發(fā)，2010，24(6):121－122.

［9］沈立銘，鄭傳江，豐曉慶.毛竹筍用林噴滴灌設(shè)施安裝及應(yīng)用效果初報(bào) ［J］.浙江林業(yè)科技，2003，23(6):34－36.

［10］陳雙林，楊清平，郭子武，等.海拔對毛竹林土壤物理性質(zhì)和水分特性的影響［J］.林業(yè)科技開發(fā)，2010，24(1):60－63.

［11］吳繼林.竹林高效經(jīng)營200問［M］.福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

［12］呂翠英.淺議大型灌區(qū)節(jié)水改造技術(shù)和措施 ［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009(10):132－133.

［13］袁龍?zhí)?農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉措施及效益分析 ［J］.地下水，2006，28(5):57－59.

［14］劉昌明.節(jié)水的潛力與解決缺水的途徑 ［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械，2000(9):6－8.

［15］孫雪峰，康風(fēng)君.地下低壓管道灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì) ［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1988.